Estabilidad-del-acido-acetico-en-condiciones-de-altas-temperaturas-y-dosis-de-radiacion--importancia-en-estudios-de-qumica-prebiotica

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
 
PROGRAMA DE 
POSGRADO EN CIENCIAS DE LA TIERRA 
INSTITUTO DE GEOLOGÍA 
 
 
ESTABILIDAD DEL ÁCIDO ACÉTICO EN CONDICIONES DE ALTAS  
TEMPERATURAS Y DOSIS DE RADIACIÓN. IMPORTANCIA EN ESTUDIOS DE 
QUÍMICA PREBIÓTICA 
 
 
T    E    S    I    S 
 
QUE PARA OPTAR  EL GRADO DE 
M A E S T R O   E N   C I E N C I A S   D E   L A   T I E R R A 
 
P    R    E    S    E    N    T    A: 
 
 
LUCÍA ADRIANA GONZÁLEZ LÓPEZ 
 
 
DIRECTORA DE TESIS:  
 
DRA. MARÍA COLÍN GARCÍA (Instituto de Geología, UNAM) 
 
 
COMITÉ TUTOR: 
 
           Dra. Alicia Negrón Mendoza (Instituto de Ciencias Nucleares, UNAM)  
           Dr. Fernando Ortega Gutiérrez (Instituto de Geología, UNAM)  
           Dr. Arturo Carlos Becerra Bracho (Facultad de Ciencias, UNAM)  
           Dr. Alejandro Heredia Barbero (Instituto de Ciencia Nucleares, UNAM)  
 
 
MÉXICO, D. F. CIUDAD UNIVERSITARIA  
ENERO 2016 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, 
reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
  i 
AGRADECIMIENTOS 
 
 
 
A la Universidad Nacional Autónoma de México por brindarme la oportunidad de ser parte de esta 
extraordinaria institución. 
 
Al Departamento de Química del Instituto de Ciencias Nucleares, por las facilidades en el 
desarrollo del trabajo, y ser siempre cálidos conmigo. 
 
Al Laboratorio de Química de Radiaciones del Instituto de Ciencias Nucleares, en donde he 
aprendido a hacer ciencia con el apoyo de gente extraordinaria. 
 
A la Dra. María Colín García por trabajar conmigo, por sus consejos, su apoyo, su tiempo, por 
compartir sus experiencias, por transmitirme conocimiento invaluable, por su dirección y guía 
profesional, por permitirme aprender con ella y por supuesto por su preciada amistad. 
 
A la Dra. Alicia Negrón Mendoza por su disposición, su tiempo, por estar siempre pendiente, por 
sus consejos, sus conocimientos, por el apoyo, por la motivación que me inspira para seguir un 
rumbo y por tener el honor de trabajar con ella y ofrecerme su valiosa amistad. 
 
A la QFB. Claudia Camargo Raya, por su tiempo, por involucrarse en la investigación, por estar 
siempre dispuesta a ayudar y facilitar el trabajo, por sus consejos, su solidaridad y contar con su 
invaluable amistad. 
 
Al Dr. Sergio Ramos Bernal por hacerme reflexionar cada paso que doy en la ciencia y en la vida, 
por sus consejos, por su sentido del humor, por compartir el desarrollo de mi trabajo y por su 
sincera amistad. 
 
Al Dr. Alejandro Heredia Barbero, por sus consejos, su tiempo para apoyarme en la realización de 
los modelos computacionales, por sus consejos para buscar nuevos horizontes, por su interés y 
apoyo en la investigación, y por su valiosa amistad. 
 
Al M. en C. Jorge Armando Cruz Castañeda, por su paciencia, su disposición para trabajar 
conmigo y apoyarme en el desarrollo del trabajo, por su tiempo, compartir conmigo sus 
experiencias, conocimiento y su preciada amistad. 
 
A la M. en C. Adriana Leticia Meléndez López, por su disposición, su paciencia, su tiempo, sus 
consejos, su apoyo en todo momento, por compartir sus experiencias y conocimiento, permitirme 
aprender con ella y ofrecerme su amistad. 
 
A la M. en C. Anayelly López Islas, por su apoyo en los análisis estadísticos y en la preparación 
de muestras con el mineral más fino, por su disposición, su tiempo, solidaridad, apoyo y su 
amistad. 
 
A la Dra. Alicia Negrón, Dr. Fernando Ortega Gutiérrez, Dr. Arturo Carlos Becerra Bracho y al 
Dr. Alejandro Heredia, por aceptar ser parte del comité revisor, por sus comentarios tan acertados 
y enriquecedores, su interés, su tiempo y sus consejos en la investigación. 
 
A todos mis compañeros del Laboratorio de Química de Radiaciones, por su valiosa amistad y 
poder tener el privilegio de compartir y aprender con ustedes. 
 
  ii 
Al Ing. Carlos Linares López por su valioso apoyo en los análisis microscópicos, por su interés en el 
desarrollo del trabajo, por compartir sus conocimientos y por ofrecerme su amistad. 
 
A la M. en C. Sonia Ángeles García, por su apoyo y facilidades en la preparación de muestras, por 
sus consejos e interés en la realización de la investigación. 
 
A la M. en C. Margarita Reyes Salas por su apoyo en la realización de los análisis microscópicos, 
por sus consejos e interés en el desarrollo del trabajo. 
 
Al M. en C. Benjamín Leal Acevedo, por su apoyo en la irradiación de muestras. 
 
Al Fis. Francisco García Flores por su valioso apoyo en la irradiación de muestras y su interés en la 
realización del trabajo. 
 
Al M. en C. Jaime Díaz Ortega por su tiempo y apoyo en la preparación de muestras analizadas y 
por sus valiosos consejos. 
 
A la Dra. Guadalupe Cordero Tercero, por motivarme e interesarme en el estudio de las ciencias 
espaciales, por su apoyo desde antes de iniciar la maestría, por sus consejos, su interés y su amistad. 
 
Al Dr. Héctor Durand Manterola, por motivarme a proponer investigaciones nuevas, por su apoyo 
y su interés en la investigación y por su amistad. 
 
A la Dra. Karina Elizabeth Cervantes de la Cruz, por sus consejos, apoyo e interés en el desarrollo 
de la investigación. 
 
Al Dr. Antoni Camprubí Cano, por sus comentarios y recomendaciones para mejorar la 
investigación. 
 
Al Dr. Jorge Gama Castro, por su interés, consejos y apoyo desde que inicié la maestría. 
 
A la M. en C. Iris Suárez Quijada por su apoyo en la realización de los experimentos. 
 
Al Dr. Emilio Bucio Carrillo por compartirme sus experiencias, y por su solidaridad a lo largo del 
trabajo. 
 
A la Dra. Isabel Gamboa de Buen, por su interés y comentarios en la realización del trabajo. 
 
Al posgrado en Ciencias de la Tierra y al Instituto de Geología por el apoyo, las facilidades y la 
confianza en el desarrollo de esta investigación. 
 
A CONACyT por la beca número 367929 que me fue otorgada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  iii 
 
DEDICATORIA 
 
 
 
A Leo, Lupita y Jorge, por escuchar mis sueños y motivarme a realizarlos, por todos los pasos que 
he dado y siempre estar cerca en claros y oscuros, por festejar mis logros e impulsarme a conseguir 
nuevos objetivos. Gracias por todo el amor que me han dado, por confiar en mi y apoyarme 
incondicionalmente papás y hermano, este sueño realizado es para ustedes, con todo mi amor. 
Gracias por las alas y el polvo mágico que me ha hecho volar. 
 
 
A mis abuelitas, María Luisa y Margarita porque siempre están conmigo en todos los proyectos, 
por ser una motivación para seguir adelante y hacerme fuerte en momentos de debilidad. Gracias 
por ser piezas esenciales en mi mundo. Con todo mi respeto y amor para ustedes. 
 
 
A Miguel Sánchez Rojas, por acompañarme en este camino y creer que puedo lograr cualquier 
cosa, por la energía que me haces sentir cada día y cada noche, por contemplar juntos, lunas y astros 
deslumbrantes, por la música y la ciencia que nos hace cómplices, por invitarme a tocar las estrellas 
juntos y ser una maravillosa inspiración en mi vida. Te amo. 
 
 
 A Mary Colín y a la doctora Alicia, por la confianza que me han brindado y creer en mi, por 
compartir su amor por la ciencia y acrecentar el mío, por la inspiración y ejemplo que me dan como 
científicas y excelentes personas, es un orgullo trabajar con ustedes. Gracias por enseñarme a ver el 
universo desde ángulos fantásticos. 
  iv 
CONTENIDOPágina 
   
Contenido  …………………………………………………………………………………….…………..  iv 
Índice de tablas  …………………………………………………………………………………….…..  viii 
Índice de figuras  ……………………………………………………………………………..…………  ix 
   
RESUMEN .……………………………………………………………………………………….……...  xii 
SUMMARY .…………………………………………………………………………………….……….  xiv 
   
CAPÍTULO I  ……………………………………………………..…………………………………….. 
   INTRODUCCIÓN 
1 
 
   
     1. 1. Evolución química y química prebiótica  …………………..………………......................  1 
     1. 2. La Tierra primitiva  …………………………………………………………………….……..  2 
          1.2.1. Atmósfera y océanos primitivos  ……..……………………………………………….……..  3 
     1.3. Fuentes de energía disponibles  …………………...…………………..………………….  4 
          1.3.1. Radiación ionizante …………………………………………………………….……….  5 
          1.3.2. Energía térmica  …………………………………………..……………………..……….  8 
     1.4. Principales hipótesis sobre origen de la vida  …………………….…………………..  9 
     1.5. Manantiales hidrotermales  …………………………………………….………………….  10 
          1.5.1. Manantiales hidrotermales negros  (Black smokers)  ……………….………….  10 
          1.5.2. Manantiales hidrotermales alcalinos: Modelo Lost City como ambiente 
prebiótico  ……………………………………………………………………………………………..…………………………… 
 
 
11 
          1.5.3.   Serpentinización en los manantiales blancos  ………………….……………….  12 
          1.5.4. Ambientes hidrotermales y el origen químico de la vida  ………….…………..  14 
          1.5.5.  Experimentos  relacionados  con  manantiales  hidrotermales  y  síntesis 
prebiótica  ………………………….……………………………………………………………………………………………….   
 
 
15 
     1.6. Superficies minerales y su papel en la química prebiótica  …..………….………..  18 
          1.6.1. Olivino  ………………….…………………………….……………………………………. 
 
 
20  
 
 
 
 
 
  v 
Página 
 
     1. 7. Moléculas de interés prebiótico  ……………………….……………………….………..  22 
          1. 7. 1. Importancia del ácido acético en estudios prebióticos  …….………………...  23 
     1. 8  Planteamiento del problema  …………………………………………….……………….  25 
          1. 8. 1. Hipótesis  ……..…………………………………………………………….……..………  26 
     1. 9. Objetivos  ……………………………………………………………………………..…………………  26 
          1. 9. 1. Objetivo General  ..……………………………..…………………………………..……….  26 
          1. 9. 2. Objetivos Particulares  ……………………………….……………………….……….  26 
   
CAPÍTULO II  ………………………………….…………..………………….………………………. 
   MATERIALES Y MÉTODOS   
27 
 
     2. 1. Limpieza de material de vidrio  ………………………………………….……………….  27 
     2. 2. Limpieza de minerales  ………………………………………………………….………….  28 
     2. 3. Caracterización de minerales   ……….………………………..………………………….  28 
          2.3.1. Preparación de muestra  ………..………………………………..…………………….  29 
          2.3.2. Olivino para EDS  …………………........…………………………………….………….  29 
          2.3.3. Olivino para WDS  …………………..…………………………………….…………….  30 
     2. 4. Procedimientos  ……………..……………………………………………….……………….  31 
          2.4.1. Producción de agua tridestilada  ……………….…………………..………………..  31 
          2.4.2. Preparación de las disoluciones  …………………………………………….……….  32 
          2.4.3. Preparación de muestras sin olivino para irradiar  ……..……………………...  32 
          2.4.4. Preparación de muestras con olivino para irradiar  ….………………………...  33 
          2.4.5. Preparación de muestras para termólisis  ………………….……………………..  33 
          2.4.6. Preparación de muestras para adsorción  …………………….…………………..  34 
     2. 5. Irradiación  ……………………………………………………………………………………..  34 
     2. 6. Termólisis  ........………………………………………………………………………………...  36 
     2. 7. Análisis de muestras  …………………………………………………………………….….  37 
          2.7.1. Cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas  ..…………  37 
          2.7.2. Preparación de ésteres  ………………………....……………………………...……..  38 
     2. 8. Pruebas de adsorción  ………………………..……………………………………………..  38 
  vi 
  Página 
 
     2. 9. Modelos computacionales  ...……….......………………………………………………….  40 
   
CAPÍTULO III  ……………………..…………………………………………………….……………. 
   RESULTADOS 
43 
 
     3. 1. Caracterízación de minerales  ………………......………………………………….…….  43 
          3.1.1. Análisis EDS   ………………….……………….………………………………………….  43 
          3.1.2. Análisis WDS  ………….……………….………………………………………………….  44 
     3. 2. Radiólisis  ………………………..……………………………………………………………...  46 
          3. 2. 1. Identificación de productos  …………..…………………………………….……….  49 
     3. 3. Termólisis  ……….………………………………………………………………………….….  51 
     3. 4. Adsorciones  ……….…………………………………………………………………….…….  52 
     3. 5. Modelación computacional  …………...………………………….……………………….  55 
   
CAPÍTULO IV  ……..……………………………………………………….…………………………. 
   DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y PERSPECTIVAS 
60 
 
     4. 1. Radiólisis  …………..……………………………………………………………….…………..  60 
          4.1.1. Descomposición del ácido acético  ………………………………….……………….  60 
          4.1.2. Análisis estadístico ……………………………………………………………...……….  61 
          4.1.3. Identificación de productos …………………………………………………..……….  62 
          4.1.4. Formación de acetaldehído  …………………………………………………………...  67 
     4.2. Termólisis  ……..………………………………………………………………………………..  68 
     4. 3. Adsorciones  …………….………………………………………………………………….….  69 
          4.3.1. Experimento con montmorillonita de sodio  …….……………………….……….  69 
          4.3.2. Experimentos con olivino  …………………………………………………….………..  70 
     4. 4. Importancia del olivino en los sistemas experimentales  …………….………….  72 
     4. 5. Modelos computacionales  ……………………………………………………………..………..  73 
     4. 6. Relevancia del trabajo experimental        ………………………………………………......  74 
   
   
 
 
  vii 
  Página 
   
CAPÍTULO V  ……………………..……………………………………………………………...……. 
 CONCLUSIONES 
75 
 
 
   
REFERENCIAS  ………………………………………………………………………………………..  77 
APÉNDICE  …………………….……………………………………….……………………………….  84 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  viii 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
 
 
 
Tabla  Página 
   
Tabla  1.  Dosis  anual  estimada  en  Gray  (Gy),  hace  3,800  Ma  en  la  corteza 
terrestre. …….……………………………………………………………………………………………..………………… 
 
 
6 
Tabla 2. Energía producida por los principales radioisótopos hace 4,000 Ma en 
la Tierra primitiva.  …….……………………………………………………………….…................................ 
 
 
7 
Tabla 3. Minerales del grupo del olivino.  …….……………………….…………………….  21 
Tabla 4. Dosis para irradiación de muestras (primer experimento).  …….…………......  35 
Tabla 5. Dosis para irradiación de muestras con gradiente de tamaños (segundo 
experimento).  …….……………………………………………………………………………………...…...…………... 
 
 
36 
Tabla  6. Experimentos  de  adsorción  de  ácido  acético  en  olivino, muestras  con 
diferentes tamaños de grano de mineral.………..……………………………........................................ 
 
 
38 
Tabla  7.  Experimentos  para  adsorción  de  muestras  con  montmorillonita  de 
sódio. ….……………..…………………………………………………………………………………………....................... 
 
 
39 
Tabla 8. Métodos para los modelos moleculares.  …………………………………....…….….  40 
Tabla 9. Análisis elemental de los estándares y muestras analizadas. ……….……..  46 
Tabla  10.  Interpretación de  los  valores  de P  (estadísticos)  para  identificar  las 
diferencias entre el sistema con mineral y sin mineral  ………………………………..…………………………. 
 
62 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  ix 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
 
 
Figura  Página 
   
Figura 1. Manantial hidrotermal alcalino. Modelo Lost City. …………………..…..  13 
Figura 2. Iones más importantes formados por la serpentinización  ……………..  14 
Figura 3. Forsterita en un fragmento de basalto …………………..…………………..  20 
Figura 4. Molécula de acetil‐Co A.  ………………………………………………………………  24 
Figura 5. Molécula de ácido acético..………………………………………………………  24 
Figura 6. Mufla para hornear material de vidrio  …………………..…………………  27 
Figura 7. (a) Olivinos de 4 mm, (b) molienda de olivino en un mortero de 
agata  ……………………………………………………………………………………...…….…………………………. 
 
 
28 
Figura 8. Proceso de preparación de muestras para análisis EDS.(a) selección 
de los fragmentos en el microscópio estereoscópico, (b) plancha de 
recubrimiento de muestras  …………………..…………………………………………….. 
 
 
 
29 
Figura 9 . Equipo para el recubrimiento de muestras con grafito ………………  30 
Figura 10. Acrílicos con muestras de olivina para análisis WDS  ………………….  31 
Figura 11. Sistema de destilación de agua.  ……………………………………  32 
Figura 12. (a) Muestra en línea de vacio, (b) sistema de calentamiento  ……….  34 
Figura 13. (a) Fuente de 60Co del ICN, (b) estructura de alumninio (flecha), 
donde se colocan las muestras que se irradian  ………………..…………………………………. 
 
 
35 
Figura 14. Sistema de calentamiento  …………………..………………………………...  37 
Figura 15. Experimentos de adsorción  …………………..………………………………  39 
Figura 16 . Fotomicrografías de fragmentos de olivino tomados en la 
microsonda  ……………………………………………………………………………………...……………..………. 
 
 
43 
Figura 17. Análisis EDS. Se muestra el contenido elemental de los olivinos en 
cuentas por keV  …………………………………...……………..………………………………………………….. 
 
 
44 
 
 
 
 
  x 
Figura  Página 
 
Figura 18. Análisis cuantitativo promedio (WDS) de olivino  …………………..….  45 
Figura 19. Descomposición por efecto de la radiación del ácido acético en 
solución y en presencia de olivino  ………………..………………………………………………………. 
 
 
47 
Figura 20. Estructura química del acetaldehído  …………………..………………….  48 
Figura 21 . Espectro de masas del acetaldehído, (b) molécula de acetaldehído..   49 
Figura 22. Estructura cristalina de la forsterita  …………………..………………….  49 
Figura 23. Cromatografía de gases de los productos identificados por 
irradiación del ácido acético (38.54 kGy)  ………………..………………………………………….. 
 
 
50 
Figura 24. Espectro de fragmentación del éster dimetil succinato en una 
muestra irradiada (19.2 kGy), molécula de dimetil succinato  ………...………………... 
 
 
51 
Figura 25. Descomposición del ácido acético por efecto del tiempo de 
calentamiento a temperatura constante (95 °C)  ………………..……………………………… 
 
 
51 
Figura 26. Adsorción del ácido acético en olivina (pH=12);comportamiento 
con tres tamaños de grano  ………………..………………………………………………………………….. 
 
 
53 
Figura 27. Comparación de la adsorción del ácido acético en granos de olivino 
de 34 μm a dos diferentes pHs   …………..…….…………………………………………………………… 
 
 
53 
Figura 28. Adsorción de ácido acético (pH 3.5) y acetato de sodio (pH 12) en 
montmorillonita de sodio.  …………….………...……………………………………………………………………………….. 
 
 
54 
Figura 29. Celda unidad de la forsterita  …………………..…………………………….  55 
Figura 30. Energía de interacción de moléculas de ácido acético con una celda 
unidad de forsterita, método MM+  ………………………………………..…………………… 
 
 
55 
Figura 31. Energía de interacción de moléculas de ácido acético libre y en 
presencia de un fragmento de forsterita, método PM3  ……………………………..………. 
 
 
56 
Figura 32. Entalpía de moléculas de ácido acético con una celda unidad de 
forsterita, método PM3  ………………..………………………………………………………………………... 
 
 
56 
 
 
 
 
 
 
 
  xi 
Figura  
 
Página 
 
Figura 33. Energía de interacción de sistemas irradiados con moléculas de 
ácido acético y una celda unidad de forsterita, método PM3  ..…………………………. 
 
 
57 
Figura 34. Entalpía de sistemas irradiados con moléculas de ácido acético y 
una celda unidad de forsterita, método PM3  ………………….…..………………………………. 
 
 
58 
Figura  35.  Energía  de  interacción  de  moléculas  de  acetato  de  sodio  y  una 
celda unidad de forsterita, método MM+  ………………………………………..…………………… 
 
 
58 
Figura 36. Potencial termodinámico de moléculas de ácido acético con una 
celda unidad de lizardita, método MM+  ………..…………………………………………………….. 
 
 
59 
Figura 37. Análisis de varianza  …………………………………………………………………….  61 
Figura 38. Principales productos de la radiólisis del ácido acético  …………...….  63 
Figura 39 Mecanismo de reacción para la formación de acetaldehído  …………  68 
Figura 40. Interacción del ácido acético con la molécula de agua ………………...  70 
Figura 41. Adsorción de acido acético (pH ácido) en forsterita  ………………….….  71 
Figura 42. Adsorción de acetato de sodio (pH básico) en forsterita  ……………..  72 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  xii 
 
 
RESUMEN 
 
 
Las condiciones precisas en las que se originó la vida aún son una incógnita. Sin embargo, se 
ha propuesto que  la  síntesis molecular pudo ocurrir en    sitios similares a  los manantiales 
hidrotermales  actuales.  En  estos  ambientes,  las  condiciones  (temperatura,  presión  y  la 
presencia de superficies minerales) pudieron permitir que ocurrieran reacciones químicas 
capaces  de  formar moléculas  orgánicas más  complejas.  Los modelos  propuestos  sobre  la 
transición de  la materia  inorgánica a  la orgánica,  indican que  la acción de  la energía  fue 
indispensable. La energía ionizante pudo haber sido muy importante en la Tierra primitiva 
puesto que era más abundante que en la actualidad. Así mismo, la energía térmica, la fuente 
más común en  los  sistemas hidrotermales,  es  capaz de  inducir  cambios  importantes en  la 
materia. 
Tomando en cuenta  la  importancia del medio hidrotermal y dos de sus principales 
fuentes  de  energía,  en  esta  investigación  se  experimentó  con  un  sistema  en  donde  la 
radiación  gamma  y  la  temperatura  (de  forma  independiente)  interactuaron  con  una 
molécula orgánica y un mineral. El objetivo fue determinar cómo afecta la superficie sólida 
en  la  descomposición  del  compuesto  orgánico,  en  presencia  de  diferentes  fuentes  de 
energía,  y  en  general  evaluar  el  posible  papel  de  los  ambientes  hidrotermales  en  los 
procesos prebióticos. 
Se escogió el olivino por ser un mineral muy antiguo y ampliamente distribuido en la 
Tierra.  El  ácido  acético  se  seleccionó  por  ser  un  producto  comunmente  formado  en 
experimentos  prebióticos,  además  ha  sido  detectado  en  el  espacio  interestelar  y  es 
importante en el metabolismo actual de muchos organismos. 
Los resultados indican que el ácido acético se descompone al aumentar  la dosis de 
radiación  y  el  tiempo de  calentamiento.  En  las muestras  irradiadas  con  el  sólido,  se  notó 
resistencia  a  la  descomposición,  con  respecto  a  lo  observado  en  los  experimentos  sin 
mineral; en el experimento de calentamiento se presentó un comportamiento muy similar. 
Los mecanismos de  reacción que ocurren  tanto  en  la  termólisis  como en  la  radiólisis  son 
esencialmente  los  mismos.  Las  moléculas  producidas  por  efecto  de  la  radiólisis  y  la 
termólisis,  son  entre  otras,  el  ácido  succínico  (de  importancia  biológica)  y  el  ácido 
tricarballílico. 
  xiii 
  Para  conocer  la  interacción  entre  el  ácido  acético  y  el  olivino  se  realizaron 
experimentos de adsorción, modificando el  tamaño del mineral y el pH de  la solución. Los 
resultados  indican  que  el  ácido  acético  en  condiciones  de  pH  alcalino,  se  adsorbe más  al 
mineral,  y  que  la  adsorción  aumenta  conforme el  tamaño de partícula disminuye;  con pH 
ácido  no  hay  adsorción,  independientemente  del  tamaño  de  grano.  Finalmente,  se 
realizaron modelos de química computacional para conocer los posibles fenómenos a escala 
molecular de nuestros resultados experimentales. 
  Con  este  panorama,  podemos  concluir  que  las  fuentes  de  energía  estudiadas 
(presentes  en  los  sistemas hidrotermales)  son  capaces de  inducir  cambios químicos en el 
sistema experimental. Este estudio es innovador puesto que son pocos los experimentos en 
el  campo  de  la  química  prebiótica  en  los  que  se  usa más  de  una  fuente  de  energía  para 
inducir  reacciones  químicas.  Se  determinó  que  la  presencia  del mineral  afecta  la  tasa  de 
descomposición del ácido orgánico y se logró constatar la formación de ácidos carboxílicos 
más  complicados.  Los  mecanismos  exactos  de  formación  no  pudieron  ser  determinados, 
pues se requiere deestudios más detallados. Sin embargo, se puede concluir que es posible 
que  reacciones  de  este  tipo  hayan  impulsado  la  formación  de  materia  orgánica  más 
compleja en la Tierra primitiva. 
 
Palabras  clave:  Química  prebiótica,  manantiales  hidrotermales,  ácido  acético,  olivino, 
radiación gamma, temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  xiv 
 
SUMMARY 
 
The  precise  conditions  under  which  life  originated  are  still  unknown.  However,  it  is 
proposed  that  the molecular  synthesis  could have occurred  in  conditions  similar  to  those 
present  on  hydrothermal  vents.  In  these  environments,  the  conditions  (temperature, 
pressure  and  the  presence  of  mineral  surfaces)  allowed  the  chemical  reactions  to  form 
more complex organic molecules. The proposed models on the transition from inorganic to 
organic matter suggest  that  the action of energy was  indispensable.  Ionizing energy could 
have been very important in the early Earth as it was more abundant than today. Also, the 
thermal  energy,  the  most  common  source  in  hydrothermal  systems,  is  able  to  induce 
significant changes in matter. 
Taking  into  account  the  importance  of  hydrothermal  vents  and  two  of  its  main 
energy sources,  in  this research an experimental approach was  intended.  It  consisted of a 
system  where  gamma  radiation  and  temperature  (independently)  interacted  with  an 
organic molecule and a mineral. The objective was  to determine  the possible effect of  the 
solid  surface  in  the decomposition of  the  organic  compound,  and  in  presence  of  different 
energy sources, and generally evaluate the role of hydrothermal environments in prebiotic 
processes. 
Olivine  was  choosen  because  it  is  a  very  old  and  widely  distributed  mineral  on 
Earth. Acetic acid was selected as  it  is a  common product  in prebiotic experiments,  it has 
also  been  detected  in  interstellar  space,  and  it  is  important  in  the  metabolism  of  many 
organisms. 
The  results  indicate  that  the  acetic  acid  decomposed  by  increasing  the  radiation 
dose,  and  the  time  of  heating.  In  the  irradiated  samples  in  the  presence  of  a  mineral  a 
resistance  to  decomposition was  noted,  relative  to  that  observed  in  experiments without 
the  solid;  in  the  heating  experiment  a  similar  behavior  was  observed.  The  reaction 
mechanisms  in  both,  thermolysis  and  radiolysis,  are  essentially  the  same.  Molecules 
produced  by  radiolysis  and  thermolysis,  are  among  others,  succinic  acid  (biologically 
important) and tricarballilic acid. 
To  undestand  the  interaction  between  the  acetic  acid  and  olivine,  adsorption 
experiments  were  carried  out,  changing  the  size  of  the  mineral  grain  and  the  pH  of  the 
solution.  The  results  indicate  that  acetic  acid  is  adsorbed  in  olivine preferably  in  alkaline 
  xv 
pH, and that its adsorption increases as the particle size decreases; there is no adsorption at 
acidic pH, regardless of grain size. Finally, computational chemistry models were performed 
to identify possible molecular scale phenomena of our experimental results. 
With  this  outlook,  we  can  conclude  that  the  energy  sources  studied  (found  in 
hydrothermal  systems)  are  able  to  induce  chemical  changes  in  the  studied  system.  This 
study is innovative because few experiments in field of prebiotic chemistry experiments are 
carried  out  with  more  than  one  energy  source  to  induce  chemical  reactions.  It  was 
determined that the presence of the mineral affects the rate of decomposition of the organic 
acid,  and  it was possible  to  confirm  the  formation  of more  complex  carboxylic  acids.  The 
exact mechanisms of formation could not be determined, because it requires more detailed 
studies.  However,  it  can  be  concluded  that  it  is  possible  that  such  reactions  could  have 
driven the formation of more complex organic matter on the early Earth. 
 
Keywords: prebiotic chemistry, hydrothermal vents, acetic acid, olivine, gamma radiation, 
temperature. 
 
  1 
 
CAPÍTULO I 
 
INTRODUCCIÓN 
 
Las  condiciones  ambientales  en  que  se  originó  la  vida,  no  se  conocen  con  exactitud.  Sin 
embargo,  se  ha  especulado  que  uno  de  los  escenarios  en  que  se  pudo  dar  la  síntesis 
molecular  fue  en  sitios  con  características  similares  a  lo  que  hoy  conocemos  como 
manantiales hidrotermales. 
A pesar de que es a la atmósfera y a los océanos a quienes se les ha atribuido desde 
hace mucho el papel protagónico en el origen de la vida, se está descubriendo que las rocas 
y los minerales también jugaron un papel decisivo en las reacciones químicas básicas para 
el  surgimiento  de  la  vida.  Las  moléculas  con  esqueleto  de  carbono,  una  vez  formadas, 
necesitan protección y ayuda para aumentar  su complejidad; por ello,  se propone que  los 
minerales  pudieron  cumplir  funciones  importantes  como  accesorios  pasivos  o  agentes 
activos  en  las  reacciones  químicas  que  precedieron  a  la  vida.  Por  un  lado,  pequeños 
compartimentos  dentro  de  la  estructura  mineral  pudieron  hospedar  moléculas  simples, 
mientras  que  las  superficies  de  los  minerales  pudieron  ser  el  andamio  donde  estas 
moléculas se ensamblaron y aumentaron su complejidad. Además de servir como refugio y 
sostén,  las  caras  cristalinas  de  ciertos  minerales  son  capaces  de  escoger  activamente 
determinadas  moléculas  (Hazen,  2001).  De  manera  particular,  el  olivino,  uno  de  los 
minerales  silicatados  más  abundantes  en  la  Tierra,  pudo  haber  contribuido  a  promover 
reacciones prebióticas (Colín‐García et al., 2011). 
 
1. 1. Evolución química y química prebiótica  
 
El proceso postulado para explicar la aparición de la vida sobre la Tierra, es conocido como 
evolución química; este término connota los eventos físicos y químicos que hicieron posible 
la  formación  de  moléculas  orgánicas  a  partir  de  moléculas  inorgánicas.  En  la  discusión 
sobre la evolución química surge un gran número de preguntas sobre el ambiente existente 
en las primeras etapas de formación de la Tierra, la naturaleza de la atmósfera imperante, la 
cantidad  de  energía  disponible  para  las  síntesis  orgánicas,  la  temperatura,  la  escala  de 
  2 
tiempo, el pH de los océanos, por mencionar algunas (Lazcano, 2004). Aunque existe mucha 
especulación y las respuestas exactas aún son desconocidas, hay evidencias provenientes de 
muy  diversas  disciplinas  que  nos  presentan  un  panorama  general  sobre  las  condiciones 
bajo  las  cuales  estas  síntesis  tuvieron  lugar.  Después  del  origen  de  la  vida,  la  evolución 
química  probablemente  decreció  rápidamente,  debido  a  que  los  compuestos  producidos 
abióticamente  fueron  consumidos  por  los  primeros  organismos.  Uno  de  los  puntos  más 
importantes  en  la  investigación  en  el  campo  de  la  evolución  química,  concierne  a  la 
naturaleza  de  la  atmósfera  primitiva,  la  cual  proporcionó  una  buena  parte  de  la   materia 
prima para la síntesis química (Negrón, 1980). 
El  ambiente  prebiótico  requirió  la  conjunción  de  muchos  factores  capaces  de 
promover  la  síntesis  química.  Así,  para  la  formación  de  monómeros,  la  disposición  de 
elementos  químicos,  una  fuente  de  energía  y  la  presencia  de  catalizadores,  son 
indispensables.  En  tal  caso,  se  ha  discutido  sobre  si  el  almacenamiento  y  la  acumulación 
molecular  fueron  factores  importantes  en  la  síntesis  prebiótica,  ya  que  no  existen 
evidencias  claras  que  nos  indiquen  la  abundancia  necesaria  para  formar  una 
macromolécula,  ni  el  tiempo  que  tomó  en  formarse.  Es  difícil  estimar  el  grado  deautoorganización de  los precursores bióticos  (como  las moléculas) ya que  la  secuencia de 
pasos aún es desconocida (Pascal et al,. 2006). 
 
1. 2. La Tierra primitiva 
 
La Tierra se formó hace aproximadamente 4,500 millones de años (Ma), sin embargo, nuestro 
planeta no contiene ninguna evidencia geológica significativa que remonte a los primeros 500 
Ma de  su historia y  que  además pueda  informarnos  sobre  las  condiciones que  reinaban  en 
aquellos tiempos. Sin embargo, se sabe que la Luna tuvo un origen común con la Tierra y por 
ello ha recibido mucha atención. Diversas investigaciones indican que la superficie de la Luna 
posee una  geología  antigua,  y durante  los últimos 3,000 Ma apenas  se han producido unos 
cuantos  procesos  a  gran  escala  que  hayan  podido  alterar  el  aspecto  que  ofrecía  durante 
aquella época temprana. Por tales motivos, y debido a que la Luna ya orbitaba alrededor de la 
Tierra desde sus primeros años, se puede inferir que la Tierra padeció una lluvia de objetos de 
impacto similar a la que sufrió la Luna (Gómez y Pantoja, 2003).  
Más  aún,  la  Tierra  es  más masiva  que  la  Luna  y  su  fuerza  gravitatoria  actúa  con 
mayor eficacia al  atraer asteroides hacia ella.  La media del número de  impactos  contra  la 
  3 
Luna,  y  presumiblemente  también  contra  la  Tierra,  no  experimentó  un  descenso 
considerable hasta  el  periodo  comprendido  entre 4,000  y 3,800 Ma  atrás.  Estos  impactos 
debieron alterar en gran medida las condiciones en la superficie y sin duda influyeron en la 
posibilidad de que  surgiera  la  vida.  El  efecto  climático más  importante de  estos  impactos 
gigantescos,  pudo  ser  el  calentamiento  de  la  superficie  terrestre,  con  la  consiguiente 
evaporación total de los océanos y la destrucción de cualquier presencia de vida. Por tanto, 
los impactos que golpearon la Tierra primitiva crearon unas condiciones en las que la vida 
no  podría  continuar  existiendo,  ni  siquiera  en  el  caso  de  que  ya  se  hubiera  desarrollado 
(Jakosky, 1999).   
Desde su nacimiento y hasta que el gran bombardeo pesado tardío llegó a su fin (hace ~ 3,900 
Ma),  la  Tierra  sufrió  constantemente  un  proceso  de  diferenciación  que  implicó  la  reorganización 
interna de núcleo, manto y protocorteza.  Como consecuencia de los impactos, la temperatura de la 
Tierra era tan alta que algunas zonas estaban fundidas parcial o totalmente. El manto de la Tierra se 
formó con abundantes niveles de silicio, níquel y cobalto los cuales se encontraban en equilibrio con la 
aleación  de  hierro  y  silicato  en  condiciones  semejantes  a  las  esperadas de  un  océano  de magma 
profundo  (Walter  &  Trønnes,  2004).  Los  análisis  geoquímicos  e  isotópicos,  así  como  los modelos 
teóricos y físicos han aportado información que permite esbozar una aproximación de lo que sucedió 
en el planeta primitivo (Ryder et al., 2000). 
 
1.2.1. Atmósfera y océanos primitivos 
 
Los cambios en la atmósfera y en los océanos están íntimamente ligados tanto a los cambios 
geofísicos en la Tierra, como a la evolución de la vida. Se calcula que la primera atmósfera y 
los primeros océanos aparecieron hace 4,500 Ma, poco tiempo después de que la Tierra y la 
Luna completaran su fase de formación; este proceso fue consecuencia de la emisión de gases 
volcánicos,  como  el  CO2,  los  cuales  fueron  conformando  una  atmósfera  alrededor  de  una 
Tierra  joven  (Gómez  y  Pantoja,  2003).  Un  aspecto  relevante  es  el  hecho  de  que  la 
conformación  de  la  atmósfera  permitió  que  los  gases  de  efecto  invernadero mantuvieran 
caliente  el  planeta.  El  efecto  invernadero  fue  clave  para  que  la  superficie  terrestre 
conservara  las  condiciones  necesarias  para  el  proceso  de  síntesis  bioquímica  (Esperante, 
2008). Por otro lado, la corteza se comenzó a solidificar y enfriar provocando la condensación 
del agua, formando los primeros lagos. De esta manera, la interacción del agua, el calor y las 
rocas, establecieron las condiciones propicias para el surgimiento de la vida (Mojzsis, 2011). 
  4 
Uno de los experimentos más famosos en biología es el realizado por Miller y Urey en 
1953,  basado  en  la  hipótesis  de  Oparin.  En  esta  experiencia,  la  acción  de  una  descarga 
eléctrica en  las mezclas de gases  reducidos presentes en  la atmósfera primitiva,  tales como 
H2O,  CH4  y  NH3,  resultó  en  la  producción  de  varios  compuestos  orgánicos  biológicamente 
importantes, como los aminoácidos. Sin embargo, las condiciones que albergaba la Tierra hace 
4,000 Ma son  inciertas; algunos modelos  sugieren que  la atmósfera no era  reductora y que 
contenía predominantemente N2 y CO2 (Pross, 2004). En consecuencia, algunos investigadores 
consideran  que  la  composición  atmosférica  usada  en  el  experimento  de Miller‐Urey,  no  es 
plausible  o  sugieren  que  las  condiciones  reductoras  existieron  solo  en  regiones  localizadas 
tales  como volcanes  y manantiales hidrotermales  (Cleaves, et al., 2008),  lo  cual  apunta una 
mayor probabilidad de una atmósfera con condiciones neutras. La composición mineral de las 
rocas ígneas y sedimentarias más antiguas, denotan que éstas fueron depositadas en ausencia 
de  oxígeno  libre.  Por  medio  de  un  estudio  isotópico  en  sulfuros  y  sulfatos  de  rocas 
precámbricas sedimentarias con edad estimada de 2,500 Ma, se determinó que el contenido 
de  O2  de  la  atmósfera  Arqueana  era  generalmente  inferior  a  10‐5  na  (niveles  de  partículas 
atmosféricas), respecto al valor atmosférico actual (Holland, 2006). Aunque estas evidencias 
favorecen el criterio de una atmósfera no oxidante, no son concluyentes (Negrón, 1980).  
Un modelo reciente de la evolución de la atmósfera apoya la idea de que el escape de 
hidrógeno  pudo  haber  sido mucho más  lento  de  lo  que  se  especulaba  (Esperante,  2008); 
promoviendo así,  la  interacción carbono‐hidrógeno y en consecuencia  la materia orgánica 
producida en  la Tierra debió haber sido suficiente para comenzar el proceso de evolución 
química.  Entre  las  principales  moléculas  bioorgánicas  que  se  formaron  debieron  estar 
algunos aldehídos y el ácido cianhídrico; dichas moléculas se han sometido a experimentos 
simulando  las  condiciones  prebióticas  para  observar  su  comportamiento  como 
constructores de moléculas más complicadas, tales como aminoácidos, bases nitrogenadas y 
azúcares.  Sin  embargo,  resulta  complejo  describir  el  escenario  en  donde  se  desarrollaron 
los eventos de la evolución prebiótica (Pascal et al., 2006). 
 
1.3.  Fuentes de energía disponibles 
 
Todos los modelos sobre la transición de los compuestos químicos a la primera forma de vida, 
concuerdan  en  que  un  requisito  para  que  se  dé  dicho  proceso  es  que  exista  una  fuente  de 
energía. Entre  las principales fuentes relevantes para el proceso se encuentran:  la radiación 
ultravioleta,  las  descargas  eléctricas,  la  energía  química  [resultado  de  la  síntesis  de  pirita 
  5 
(FeS2) y  la generación de hidrógeno molecular (H2)] ó  la radiación ionizante, entre otras. La 
radiación ultravioleta y las descargas eléctricas, aluden que los primeros organismos fueron 
heterótrofos fermentadores, mientras que las teorías que involucran la síntesis de pirita y el 
H2,  supone  que  los  primeros  organismos  fueron  autótrofos,  es  decir  que  eran  capaces  de 
obtener su propia energía del carbono. La reacción de síntesis de pirita es una reacción que 
libera energía,  la cual está vinculada al retrociclo del ácido cítrico; mientras que el H2 fue  la 
principal fuente de energía biológica relacionada con la vía de la acetil‐CoA (Martin, 2012). 
   
1.3.1. Radiación ionizante 
 
Si bien se ha descubierto que  todas  las  fuentes de energía son potencialmente capaces de 
desencadenarla  formación  de  especies  químicas  reactivas  que  dieron  lugar  a  procesos 
prebióticos, la energía ionizante se destaca por haber jugado un papel muy importante en la 
Tierra  primitiva.  Las  estimaciones  indican  que  la  energía  ionizante  era  mucho  más 
abundante de lo que es ahora, se calculó un total de energía eficaz de 3 x 1018 J/año en una 
profundidad  de  1  km hace  4,000 Ma  (Garzón  y  Garzón,  2001);  se  ha  determinado  que  la 
intensidad de  la energía  ionizante era mayor de  lo que es ahora, debido principalmente a 
que  la  cantidad  de  agua  que  cubría  el  planeta  era mayor  que  en  la  actualidad  (dadas  las 
características conductoras del agua,  la dispersión de energía era  favorecida) (Draganić et 
al., 1993). La procedencia de  la radiación  ionizante es diversa, ésta podría ser el producto 
del decaimiento de elementos radiactivos o podría provenir del espacio (en forma de rayos 
cósmicos),  En  la  Tierra  primigenia  estaban  representados  todos  los  tipos  de  radiaciones 
ionizantes de diferentes tipos de partícula y con distinto poder de penetración, expresadas 
por su valor LET (transferencia lineal de energía, por sus siglas en inglés). 
 La  acción  de  la  radiación  puede  ser  directa,  al  actuar  sobre  las  moléculas  o 
indirecta, en este caso la interacción ocurre a través de productos intermediarios, formados 
por  la  radiólisis  del  medio  donde  se  encuentran  dispersas  las  moléculas  de  interés. 
(Zagórski y Kornacka, 2012).  
Aunque los cambios químicos inducidos por la radiación ionizante no son en todos 
los  casos  responsables  directos  de  la  síntesis  de  moléculas  de  importancia  prebiótica,  sí 
representan una fuente  importante de alta energía, relevante para el campo de  la química 
prebiótica  actual,  como  lo  demuestran  experimentos  realizados  desde  la  década  de  los 
ochenta  por  A.  Negrón  (1980),  por  mencionar  algunas  de  las  investigaciones  más 
sobresalientes en esta rama de la Ciencia.  
  6 
Entre  los  principales  radioisótopos  presentes  en  la  corteza  terrestre  están  el  40K, 
87Rb,  232Th  y  235U.  La  radiación  producida  por  el  decaimiento  de  estos  elementos  se  va 
depositando en superficies sólidas, como las rocas sedimentarias y  las rocas  ígneas (como 
los basaltos), que son importantes en estudios prebióticos. La estructura geológica, así como 
la  composición  química  de  la  Tierra  no  ha  sido modificada  desde  hace  3,800 Ma,  lo  cual 
facilita  el  cálculo  de  la  dosis  de  radiación  y  su  concentración  en  la  corteza  primitiva.  No 
obstante,  el  análisis  de  los  radionúcliodos  en  el  pasado  requiere  del  establecimiento  de 
parámetros que nos permitan comparar las concentraciones de los radionúclidos actuales. 
En la Tabla 1 se muestran las dosis anuales estimadas para el 40K, 235U y 232Th hace 3, 800 
Ma (Mosqueira et al., 1996). 
 
Tabla 1. Dosis anual estimada en Gray (Gy), hace 3,800 Ma en la corteza terrestre. 
 
Material  40K  238U  232Th 
ROCAS ÍGNEAS 
Ultrabásicas  2 .7 x 10‐5  4.73 x 10‐7  3.95 x 10‐7 
Basaltos  5.7 x 10‐3  4.73 x 10‐4  3.95 x 10‐4 
ROCAS SEDIMENTARIAS 
Pizarras  1.83 x 10‐2  1.78 x 10‐3  1.18 x 10‐3 
Arenisca  7.3 x 10‐3  2.13 x 10‐4  1.68 x 10‐4 
Carbonatos  1,8 x 10‐3  1.04 x 10‐3  1.68 x 10‐4 
SEDIMENTOS DEL FONDO MARINO 
Carbonatos  2.0 x 10‐3     
Arcillas  1.75 x 10‐2  6.1 x 10‐4  6.9 x 10‐4 
(Modificado de Mosqueira et al., 1996) 
 
El  potasio  se  encuentra  en  concentraciones  altas  en  rocas  ígneas  ácidas  y 
sedimentarias,  en  especial  en  los  aluminosilicatos,  como  las  arcillas.  Aunque  el  40K 
representa una pequeña fracción de los isótopos naturales de K, juega un papel esencial en 
la producción de calor en  la Tierra dado que es el más abundante de  los radioisótopos de 
vida media mayor; en la corteza primitiva su abundancia era ocho veces más alta que en el 
presente (Garzón & Garzón, 2001). La contribución relativa del 40K fue aún más importante 
en  las primeras etapas de desarrollo de  la Tierra,  i. e. hace alrededor de 3 o 4 mil Ma. No 
  7 
suele  darse mucha  atención  a  la  contribución  del  torio  y  el  uranio  ya  que  ésta  es menor 
comparada con la del 40K (Mosqueira et al., 1996). 
En  el  caso  del  torio  y  el  uranio  son  las  rocas  ácidas  las  que  presentan  mayor 
contenido  de  este  elemento.  Debido  a  que  las  arcillas  son  los  minerales  que  contienen 
mayor cantidad de 40K y dada  la relevancia de este radioisótopo, se calcula que  la energía 
producida en la época prebiótica fue 1.75 x 10‐2 Gy/año (Gy (greys) = 1J/kg) (Mosqueira et 
al.,  1996);  en  la  Tabla  2    se  muestran  las  energías  estimadas  de  los  tres  radioisótopos 
mencionados. 
 
Tabla 2. Energía producida por los principales radioisótopos hace 4,000 Ma en la Tierra 
primitiva.  
 
Núclido  Abundancia (%) 
Vida 
media 
(años) 
Emisión de 
energía 
Concentra
ción en la 
corteza 
(ppm) 
Concentra
ción en 
depósitos 
naturales 
(ppm) 
Energía 
producida 
(MeV) 
40K  0.0117  1.2778 x 109 
Producción de 
40Ca por 
emisión de 
partículas β 
 
26  26 
1.325  
Producción de 
por de 40Ar por 
captura de 
electrones  
1.460, con 
una 
emisión 
característi
ca de un 
fotón γ  
232Th  100  1.41 x 1010 
Producción de 
partículas α 
 
12  140 
 
4.016 
 
Producción de 
partículas α 
3.957 
 
Producción de 
partículas α 
3.834 
 
238U 
99.275 
4.468 x 
109 
Producción de 
partículas α  5  2000 
4.196 
 
235U  0.70 x 109 
Producción de 
partículas α  1  400 
4.149 
 
Modificado de Mosqueira et al., 1996; Garzón & Garzón, 2001. 
   
 
 
  8 
 
1.3.2. Energía térmica 
 
Debido a  la escasez en el registro geológico, no se conocen con precisión las condiciones 
ambientales  de  la  Tierra  primitiva.  Sin  embargo,  se  sabe  que  después  del  impacto  que 
formó la Luna,  imperaban las altas temperaturas y que después se enfrió, hasta el punto 
en  que  el  agua  pudo  existir  en  estado  líquido,  lo  cual  se  calcula  que  ocurrió  en  ~  10 
millones  de  años  (Sleep,  2010).  Posteriormente,  debido  al  impacto  de  asteroides,  se 
generaron altas temperaturas, producidas por la velocidad y la fricción en la corteza, lo cual 
pudo haber  formado ambientes superficiales con  temperaturas de   alrededor de 226.85°C 
(500 K). Luego de ese proceso se especula que  la Tierra tuvo una temperatura de ~ 70°C, 
una vez  iniciado el Eón Hadeano. En años recientes se han descubierto rocas de 4,300 Ma 
que pudieron haberse formado en el periodo más caliente de la Tierra cerca de la bahía de 
Hudson (Sleep, 2010).  
La  concentración  de  gases  de  efecto  invernadero  juega  un  papel  importante  en  la 
temperatura de la Tierra; así los procesos geológicos como la subducción de basaltos de la 
corteza  oceánica  han  amortiguado  la  concentración  de  uno  de  los  principales  gases  que 
promueven la elevación de la temperatura en el planeta, el CO2. El ciclo geoquímico ocurre 
en  el  manto  a  través  de  la  subducción  de  los  basaltos  en  las  dorsales  oceánicas,  en  este 
proceso  se  reincorporan elementos y  el  carbono  regresa a  la  atmósfera  como CO2 por  las 
emisiones volcánicas e hidrotermales;  la aparición de  la vida modificó el ciclo geoquímico 
tornándolo en un ciclo biogeoquímico de corto plazo (Bada et al., 1994; Jaramillo, 2015). Se 
sugiere  que  si  el  CO2  y  el  agua,  fueron  los  únicos  gases  de  efecto  invernadero  de  la 
atmósfera, los climas durante el Arqueano habrían muy fríos. De esta forma, el eón Hadeano 
pudo ser la época más fría en la historia de la Tierra (Zahnle y Sleep, 2002). Sin la cantidad 
suficiente de gases de efecto invernadero,  la Tierra pudo haber permanecido fría debido a 
que el  joven Sol no  lograba calentar  lo suficiente aún. Hay una hipótesis que propone que 
los  impactos  delbombardeo  pesado  tardío  pudieron  haber  derretido  episódicamente  el 
océano  congelado.  Es  decir,  los  periodos  de  congelación‐descongelación  asociados  a  los 
impactos  meteoríticos  pudieron  haber  sido  importantes  para  las  primeras  reacciones 
prebióticas  (Bada  et  al.,  1994),  tal  como  los  enlaces  peptídicos.  Se  estiman  temperaturas 
menores a cero y hasta de 80°C; y en cuanto a la composición de la atmósfera se tiene especial 
cuidado en relación al contenido de H2 y CO2 (Pascal et al., 2006). 
  9 
Sin  embargo,  y  a  pesar  de  las  investigaciones  sobre  las  fuentes  de  energía 
disponibles en  la Tierra primigenia,  algunos  investigadores afirman que es poco probable 
que  una  sola  fuente  de  energía  fuera  la  responsable  de  conducir  la  evolución  química 
(Pascal et al., 2006). La actividad volcánica tuvo una fuerte implicación en los procesos que 
precedieron  a  la  vida,  en  particular  el  vulcanismo  submarino.  La  heterogeneidad  en  la 
composición  de  corteza  terrestre  en  la  Tierra  primitiva  pudo  haber  sido  producida  por 
diferenciación magmática y  convección. La delgada  corteza  suboceánica pudo estar  sujeta 
tanto a  fuerzas de marea como a  fuerzas  isostáticas de arrastre, que a  través de  fracturas 
condujeron al magma a un ciclo convectivo; una vez que este magma entró en contacto con 
el  agua  oceánica,  formó  centros  volcánicos  que  fueron  potencialmente  promotores  de 
procesos prebióticos (Corliss et al., 1981).  
 
1.4. Principales hipótesis sobre origen de la vida 
 
Una  de  las  hipótesis más  sobresalientes  es  la  propuesta  por Oparin  y Haldane  en  los  años 
veinte del siglo pasado. Dicha hipótesis apoya la idea del surgimiento de la vida en una sopa 
primigenia  que  contenía  los  ingredientes  necesarios  para  la  síntesis  prebiótica  (Andrulis, 
2010).  En  contraste  con Oparin,  hay  autores  que  proponen  que  la  vida  no  se  originó  en  la 
Tierra, si no que ésta fue traída a  la Tierra por alguna fuente extraterrestre (Melosh, 1988), 
teoría conocida como “Panspermia”, sin embargo, esta hipótesis no resuelve el problema, solo 
lo traslada. Fue a inicios del siglo XX que Arrhenius y Kelvin propusieron la hipótesis de la 
panspermia  y  dividieron  ésta  en  dos  ramas,  la  litopanspermia  (transporte  de 
microorganismos  dentro  de  rocas  que  provienen  del  espacio)  y  la  radiopanspermia 
(transporte de esporas que viajan por  la presión de  la  luz estelar) (Raulin‐Cerceau et al., 
1998). Aunque la propuesta de la panspermia no es nueva, en años recientes se ha puesto 
particular  atención  en  ella,  proponiendo modelos  de matemáticos  sobre  la  probabilidad 
de  transferencia de vida desde Marte hasta  la Tierra, así  como de móleculas orgánicas a 
través  de  satélites  naturales.  En  muchos  de  los  modelos  propuestos  se  han  obtenido 
resultados  exitosos,  pero  en  otros  casos  se  han  hallado  contradicciones.  Por  lo  cual,  la 
hipótesis de la Panspermia está en debate (Burchell, 2004). 
Esta  investigación  se  centra  en  la  propuesta  de  la  síntesis  hidrotermal,  en  la  cuál  las 
moléculas orgánicas debieron haber sido producidas en un ambiente con temperaturas altas y en 
presencia de minerales, que pudieron contribuir con esta síntesis (Pascal et al., 2006).  
 
  10 
1.5. Manantiales hidrotermales   
 
  1.5.1. Manantiales hidrotermales negros  (Black smokers) 
 
Las fuentes hidrotermales profundas, conocidas también como manantiales hidrotermales 
negros, fueron descubiertos en 1977 en una exploración de la dorsal oceánica cerca de las 
Islas Galápagos (NOAA, 2015). El descubrimiento de los manantiales hidrotermales en el 
fondo  oceánico,  reveló  la  existencia  de  ambientes  químicos  reactivos  lejos  de  las 
condiciones  en  el  equilibrio,  tales  como  la  temperatura,  los  gradientes  REDOX  y 
variaciones de pH. Estas características físico‐químicas singulares hacen a los manantiales 
hidrotermales  un  foco  de  atención  en  la  actualidad,  dentro  del  estudio  del  origen  de  la 
vida (Kingston, 2007).  
Los manantiales hidrotermales se desarrollan en el piso oceánico y se encuentran 
distribuidos globalmente. Su extensión varía de acuerdo a  la descarga de rocas  fundidas 
de  la  cámara magmática a una profundidad, de entre 1 y hasta  los 3 km debajo del piso 
oceánico; en estos sitios hay emisión de compuestos químicos con temperaturas de entre 
350‐400°C,  los  cuales  generan  modificaciones  en  la  química  del  agua  de  mar.  Las 
erupciones  son  periódicas  y  ocurren  en  intervalos  menores  a  10  años,  hasta  más  de 
50,000  años  entre  cada  erupción.  Estas  erupciones  desarrollan  manantiales  negros  o 
chimeneas negras, y sistemas de flujo difusos, asociados a comunidades biológicas densas 
y diversas (Martin et al., 2008). 
Las fuentes hidrotermales son el resultado de la filtración del agua de mar a través 
de fisuras de la corteza oceánica en las proximidades de las zonas de expansión oceánica. El 
agua  de  mar  a  baja  temperatura  se  calienta  por  el  magma  y  resurge  para  formar  las 
chimeneas  o  respiraderos,  y  de  esa  manera  circula  hacia  el  piso  oceánico.  En  los 
respiraderos  hidrotermales,  el  agua  caliente  no  hierve  debido  a  la  alta  presión  de  las 
profundidades (NOAA, 2015). Los fluidos de estos ambientes son típicamente ácidos (pH 2‐
3) y ricos en metales de transición, tales como Fe (II) y Mn (II). Debido a que los sistemas 
de chimeneas negras están  impulsados por cámaras magmáticas,  los  fluidos magmáticos 
comúnmente  contienen  altas  concentraciones  de  CO2  (4‐215  mmol/kg),  H2S  (3‐110 
mmol/kg)  e  H2  disuelto  (0.1‐50  mmol/kg)  con  cantidades  variables  de  CH4  (0.05‐4.5 
mmol/kg),  formados tanto por procesos bióticos como abióticos. Desde el  interior de los 
manantiales hasta el encuentro del magma con el agua fría (a 2°C) y oxigenada, se genera 
  11 
un  amplio  intervalo  de  temperaturas.  Los  gases  y metales  disueltos  en  los manantiales, 
sirven de  combustible para  las  comunidades microbianas que  son  las  base de  la  cadena 
alimenticia en estos ecosistemas (Martin et al., 2008). 
 
  1.5.2.  Manantiales  hidrotermales  alcalinos:  Modelo  Lost  City  como  ambiente 
prebiótico 
 
Fue  en  el  año  2000  que  un  nuevo  tipo  de  sistemas  hidrotermales  fue  hallado;  éstos  se 
caracterizan por tener chimeneas carbonatadas de hasta 60 m de altura sobre el piso oceánico.  
  Este  tipo  de manantiales  fue  llamado  “Campo Hidrotermal  Lost  City”  (LCHF,  por  sus 
siglas  en  inglés).  El  asentamiento  ultramáfico  en  que  se  encuentra  Lost  City,  tiene  una 
composición química similar a que se propone tuvieron las lavas de los océanos primigenios de 
la Tierra; en consecuencia,  los LCHF proporcionan información detallada sobre  la geoquímica 
del manto actual y el del pasado, además de una mejor comprensión de las limitaciones de los 
procesos que existieron durante la transición evolutiva (Kelley et  al., 2007). 
Los manantiales alcalinos (también llamados manantiales blancos), tipo Lost City, son 
radicalmente  diferentes  a  los  manantiales  negros,  ya  que  en  contraste  con  aquellos,  los 
sistemas montañosos en Lost City se encuentran fuera de cualquier eje volcánico, por lo que 
raramente  se  hallan  rocas  volcánicas  en  formación.  Más  bien,  este  tipo  de  sistemas  están 
sostenidos  por  la  actividad  de  fallas,  que  han  permanecido  durante millones  de  años;  otra 
diferencia  importante  es  la  profundidad  a  la  que  se  encuentran,  mientras  las  chimeneas 
negras alcanzan hasta 3 km las alcalinas no llega a más de 1 km (Martin et al., 2008). 
Los  manantiales  hidrotermales  alcalinos,  al  cual  pertenece  Lost  City,  tienen 
temperaturas medias  de  alrededor  de  70°C,lo  que  los  hace mucho más  relevantes  como 
sitios donde pudo ocurrir la evolución química temprana. Aunque se sabe que existen otras 
chimeneas  alcalinas  a  varios  kilómetros  de  sus  centros  de  dispersión,  las  investigaciones 
actuales se centran en el sistema LCHF. La exhalación de sus fluidos también circula a través 
de la corteza, en donde pueden alcanzar temperaturas de hasta ~200°C y sus aguas no están 
en contacto directo con la cámara magmática. El fluido dentro del macizo es expulsado por 
convección,  disipando  el  calor  de  las  rocas  del  manto  subyacente  y  quizá  en  parte,  por 
reacciones químicas entre los fluidos circundantes y las rocas principales se lleva a cabo la 
disipación del calor. Estas rocas tienen una composición diferente, comparada con las de los 
volcanes  submarinos,  ya  que  contienen  principalmente  magnesio,  hierro  y  bajas 
concentraciones  de  silicio,  elementos  que  se  encuentran  predominantemente  en  los 
  12 
olivinos. Esta configuración geoquímica es resultado de un efluente altamente alcalino (pH 
9‐11),  junto con condiciones extremas nunca antes observadas en  los ambientes marinos. 
Los  fluidos hidrotermales  tienen temperaturas de entre 40‐91°C, altas concentraciones de 
H2, CH4  disuelto,  y  otros  hidrocarburos  con  baja  masa  molecular,  notablemente  hay  muy 
poco CO2 disuelto. La mezcla de calor y fluidos con altos pHs resulta en la precipitación y el 
crecimiento de las chimeneas hasta 60 metros por encima del lecho marino. La datación con 
14C, indica que la actividad hidrotermal ha ido en aumento durante los últimos 30,000 años; 
mientras que estudios realizados recientemente con U‐Th, indican que el sistema ha estado 
activo  por  alrededor  de  100,000  años.  En  estas  zonas,  una  porción  importante  del  piso 
oceánico se encuentra cerca y expuesta a las zonas de expansión lenta y ultralenta de rocas 
ultramáficas  (muy  similares  a  las  de  LCHF).  Estas  rocas  son  sitios  importantes  de  un 
conjunto  de  reacciones  llamadas  de  serpentinización,  que  han  ocurrido  durante  largo 
tiempo, desde que el agua se encuentra en la Tierra (Martin et al., 2008). 
Por  otro  lado,  desde  el  punto  de  vista  bioenergético,  en  opinión  de  Martin 
(2006),  dos  problemas  parecen  ser  lo  suficientemente  severos  para  excluir  la  idea  del 
caldo prebiótico primitivo:  se  asume que  la mezcla de oxígeno, nitrógeno, hidrógeno y 
carbono  se  encontraban  en  equilibrio;  pero  sabemos  que  la  vida  está  lejos  de  ser  un 
proceso  en  equilibrio.  En  este  sentido,  los manantiales  hidrotermales  son  sistemas  en 
donde  ocurren  comúnmente  reacciones  tipo  REDOX;  este  tipo  de  reacciones  son 
fundamentales  para  el  metabolismo  de  todos  los  seres  vivos.  La  bioquímica  de  estos 
organismos puede aportar pistas sobre el tipo de reacciones que pudieron ocurrir para 
promover  la  aparición de  la  vida  (Pross,  2004; Martin et al., 2008).  Por  ello  el  estudio 
minucioso de la termodinámica y en general de sus interacciones físicoquímicas dentro 
de  los  sistemas  hidrotermales  alcalinos  es  muy  importante  para  la  investigación 
orientada al conocimiento de la química prebiótica. 
 
1.5.3.   Serpentinización en los manantiales blancos 
 
El  olivino  en  la  corteza  oceánica  es  susceptible  de  sufrir  alteración,  este  proceso  se 
denomina  serpentinización.  En  las  zonas  aledañas  de  los  manantiales  blancos  más 
estudiados,  como  el  Macizo  Atlantis  (Fig.  1)  se  presentan  condiciones  muy  específicas  a 
consecuencia del proceso de serpentinización en el cuál hay un enriquecimiento de calcio en 
el  piso  oceánico  (~  30 mmol/kg),  se  presenta  una  liberación  de  fluidos  con  pH  alcalinos 
  13 
(entre  9‐11)  y  con  poco  contenido  de  metales,  los  ambientes  son  reductores  debido  a 
producción de altas concentraciones de H2  (lo cual  resulta conveniente para  la síntesis de 
hidrocarburos  de  origen  abiótico)  y  las  temperaturas  son  de  entre  40°C  a  91°C.  Las 
concentraciones aproximadas de H2 son entre 0.5 a 14.4 mmol/kg por lo que el ambiente es 
altamente  reductor,  la  producción  de  CH4  es  elevada  (~2.1 mmol/kg)  y  el  ambiente  está 
muy empobrecido en  CO2 (Proskurowski et al., 2006). 
 
 
 
Figura 1. Manantial hidrotermal alcalino, modelo Lost City, 
(modificado de Kelley et al., 2007). 
 
La importancia del proceso de serpentinización para la química prebiótica, reside 
en la producción de hidrocarburos que son compuestos relevantes en el metabolismo de 
muchos organismos, por lo cual su estudio ha sido foco de atención. Estudios con isótopos 
estables y radiocarbono han demostrado que los principales productos que se forman en 
altas concentraciones en los ambientes tipo LCHF son los iones formiato y acetato (Fig. 2) 
en comparación con la formación de productos en cualquier otro sistema hidrotermal no 
sedimentario estudiado en los últimos años (Kelley et al., 2005). 
 
  14 
                                          
 
Formiato                                                    Acetato 
 
Figura 2. Iones más importantes formados por la serpentinización 
 
El proceso de serpentinización da inicio con la movilidad de los iones metálicos del 
olivino  que  forma  parte  del  basamento  de  peridotita  y  metagabro  (Fig.  1)  (Kelley  et  al., 
2005);  las  unidades  tetraedrales  de  silicio  quedan  expuestas  y  en  consecuencia  el  olivino 
comienza  a  descomponerse.  La  liberación  de  silicio  puede  excederse  si  el  mineral  se 
encuentran  en  solución,  en  tal  caso  el  silicio  residual  polimeriza  en  secciones  y  fija  al 
magnesio,  lo  cual  posibilita  la  conversión  a  serpentina  como  fase  cristalina  (Loughnan, 
1969).  La reacción general es: 
                                                                                                                                         
     (Mg,Fe)2SiO4 + H2O + C → Mg3SiO5(OH)4 + Mg(OH)2 + Fe3O4 + H2 + CH4 + C2, C5 
                  olivino                                              serpentina                 brucita         magnetita 
 
(Boetius, 2005; Colín‐García et al., 2011; University of Washington, 2015). 
 
En  la  reacción  se  puede  observar  la movilidad  del  Fe2+  del  olivino  pasando  a  Fe3+ 
presente en la magnetita debido a la oxidación, y por  otro lado la movilidad del Mg dando 
lugar a la serpentina y a la brucita. 
 
1.5.4. Ambientes hidrotermales y el origen químico de la vida  
 
Baross  y  Hoffman  (1985),  fueron  los  primeros  en  proponer  que  la  vida  se  desarrolló  y 
evolucionó  en  un  océano  primitivo,  poco  profundo,  en  asociación  con  la multiplicidad  de 
gradientes  establecidos,  como  la  temperatura  y  la  presión.  Ahora  se  sabe  que  estas 
características  fueron  también  importantes  para  el  proceso  de  la  química  prebiótica 
  15 
durante el Arqueano temprano. En 1992, Wächtershäuser propuso al escenario hidrotermal 
como el ambiente propicio para el desarrollo de la vida (Pross, 2004). 
Otros indicios de la convergencia entre el origen químico de la vida y la geoquímica 
hidrotermal  son  las  semejanzas  estructurales  y  composicionales  de  los  minerales  que 
contienen hierro y azufre (los cuales se forman durante el hidrotermalismo) y los centros de 
unas proteínas  llamadas  ferredoxinas;  estas enzimas están encargadas de  la  transferencia 
de  electrones  (lo  realizan  a  través  de  unos  núcleos  de  hierro‐azufre).  La  abundancia  de 
minerales ricos en azufre dentro de los sistemas hidrotermales aumenta la probabilidad del 
desarrollo de un metabolismo quimiolitótrofo1. En este sentido, hay que señalar que estos 
ambientes  proveen  un  mecanismo  natural  de  concentración  de  energía  y  de  productos 
químicos,  especialmente  trazasde  metales  (como  molibdeno,  zinc,  tungsteno  y  cobalto) 
todos ellos esenciales para realizar funciones enzimáticas (Baross y Hoffman, 1985).  
  Se  ha  demostrado  que  muchos  componentes  orgánicos,  tales  como  aminoácidos  y 
ácidos  carboxílicos,  pudieron  haber  sido  formados  bajo  condiciones  hidrotermales;  sin 
embargo,  hay  quienes  afirman  que  los  manantiales  hidrotermales  alcanzan  temperaturas 
demasiado altas para que las moléculas orgánicas puedan sobrevivir (Lazcano & Miller, 1996).  
  No  obstante,  tomando  en  cuenta  otras  investigaciones  teórico  prácticas  se  tiene 
evidencia que demuestra la formación y estabilidad de compuestos orgánicos a temperaturas 
relativamente altas, dadas las condiciones geoquímicas necesarias (Schulte, 2007).  
 
1.5.5.  Experimentos  relacionados  con  manantiales  hidrotermales  y  síntesis 
prebiótica  
 
Se han realizado diversos trabajos experimentales y propuestas teóricas relacionadas con la 
hipótesis que apoya el origen prebiótico en  los manantiales hidrotermales,  algunas de  las 
más relevantes son:  
 
• En  1988,  Wächtershäuser  propuso  un  modelo  que  apoya  la  hipótesis  del  origen 
hipertermófilo de la vida, a través de un modelo hidrotermal en donde pudo comprobar 
                                                        
1Concepto acuñado por Winogradsky, se refiere a los organismos capaces de desarrollarse en un medio totalmente 
mineral en el cual debe contar con una sustancia inorgánica oxidable misma que ha de ser su fuente de energía. El CO2 
es la única fuente de carbono utilizada por los quimiolitotrofos (Parés y Juárez, 1997). 
 
  16 
que  algunos  aminoácidos  tienen  la  propiedad  de  interconvertirse  en  su  péptido 
correspondiente mediante la presencia de coprecipitados de niquel, hierro y azufre. 
• Wächtershäuser  (1990),  propuso  el  origen  de  un  metabolismo  autotrófico, 
desarrollado  a  partir  de  un  proceso  autocatalítico  y  construido  a  través  del 
remplazamiento  de  tioésteres  por  tioácidos,    suponiendo  que  el  poder  reductor 
requerido se obtuvo de  la  formación oxidativa de  la pirita  (FeS2). Este  ciclo arcaico, 
propone  Wächtershäuser,  sería  estrictamente  quimioautotrófico,  catalítico  para  la 
formación de pirita y autocatalítico por su propia multiplicación. Él mismo menciona 
además, que este ciclo no debió haber estado aislado sino que fue parte de una red de 
ciclos del que todas las vías metabólicas parecen haber surgido. 
• En  un  experimento  realizado  por  Russel  et  al.  (1994),  se  cultivaron  glóbulos  de 
monosulfuro  de  hierro  con  morfologías  similares  a  los  botrioides  fósiles,  bajo 
condiciones  simuladas  de  un  sistema  hidrotermal  localizado  en  Irlanda,  de  edad 
carbonífera.  Uno  de  los  resultados  de  este  experimento  es  que  pudo  haber 
crecimiento,  en  agua  caliente  (100‐200°C),  de  estructuras  finas  análogas  a  los 
botrioides  en  los  primeros  océanos.  Tales  estructuras  de  sulfuro  cultivadas  en  el 
laboratorio podrían ser utilizadas en experimentos del origen de la vida. 
• Miller y Lazcano en 1995, exponen ideas en contra del origen de la vida en ambientes 
hidrotermales,  como  la  falta de evidencia geológica;  señalan además que  la mayoría 
de las moléculas bioquímicas se descomponen a temperaturas de ~ 100°C.   
• Yu y Savage  (1998),  realizaron un experimento para analizar  la descomposición del 
ácido  fórmico,  bajo  condiciones  hidrotermales  (ausencia  de  oxígeno,  temperaturas 
entre 320°C y 500°C y presiones entre 178 y 303 atm). En este estudio se encontró 
que  la  ruta  de  descomposición  del  ácido  fórmico  produce  principalmente  CO2  y H2, 
por descarboxilación. Se han sugerido además, mecanismos de reacción altenativos en 
los cuales interviene una superficie sólida de naturaleza hidrotermal. 
• En Yokoyama et al. (2003), cuatro aminoácidos, glicina, L‐alanina, L‐valina y L‐ácido 
aspártico,  se  hicieron  circular  a  través  de  un  reactor  de  flujo  simulando  las 
condiciones  termodinámicas  de  un  entorno  hidrotermal,  con  la  finalidad  de  ver  si 
había formación de polímeros, lo cual fue comprobado en el experimento.  
• En  German  (2004),  se  sugiere  la  utilización  de  nuevos  métodos  para  el  análisis 
químico  de  las  chimeneas  submarinas,  dadas  las  afirmaciones  de  algunos  autores 
sobre  la  composición  de  las  chimeneas  hidrotermales  actuales,  con  basaltos  muy 
  17 
oxidantes, por lo que carecen del hidrógeno libre necesario para impulsar la síntesis 
orgánica. Un ejemplo particularmente interesante es el proyecto en  Gakkel Ridge, en 
el  cual  están  trabajando  para  desarrollar  una  tecnología  submarina  con  sensores 
químicos para localizar e investigar nuevos sitios de chimeneas hidrotermales. 
• Matsuno  (2004)  menciona  que  ya  existe  la  suficiente  experiencia  en  la  síntesis  de 
moléculas  orgánicas  a  partir  de  precursores  en  simulaciones  de  la  química 
hidrotermal. Sin embargo, ahora el reto es utilizar estos productos sintetizados como 
precursores de reacciones más complejas. De acuerdo con este autor, un sistema de 
este tipo debe tener la capacidad de dejar energía utilizable dentro y fuera del mismo. 
• Kawamura  (2004),  realizó  un  trabajo  sobre  el  comportamiento  del  ARN  bajo 
condiciones  hidrotermales,  en  donde  encontró  que  a  pesar  de  la  labilidad  de  las 
moléculas,  la  formación  de  enlaces  fosfodiéster  puede  ocurrir  a  temperaturas  altas. 
En  consecuencia  la  acumulación de ARN  también ocurre.  Sin  embargo,  dada  la  baja 
probabilidad de que  las moléculas  involucradas en el mundo de ARN mantengan su 
condición  natural  (biologicamente  hablando)  de manera  eficaz  bajo  condiciones  de 
tempemperatura  alta,  se  evaluaron  las  velocidades  de  reacción  de  enzimas 
prebióticas  y  se  observó  como  estás  eran  capaces  de  promover  la  acumulación  de 
moléculas de ARN a temperaturas de entre 200°C y 300°C.   
• En un artículo de revisión Holm y Andersson (2005), discuten críticamente la síntesis 
orgánica  y  la  estabilidad  de  las  simulaciones  experimentales  bajo  condiciones 
hidrotermales.  También  hacen  consideraciones  teóricas  y  prácticas  surgidas  de 
estudios  de  laboratorio,  en  relación  a  las  moléculas  orgánicas,  vinculadas  con  el 
origen de la vida en la Tierra y probablemente también en otros planetas terrestres. 
• Ito et al. (2006) demuestran que los aminoácidos procedentes de la degradación de 
proteínas  intracelulares  no  podrían  ser  sintetizados  o  incluso  sobrevivir  a 
temperaturas superiores a 250˚C. 
• Lemke et al. 2009 sugieren, basados en datos experimentales, que la oligomerización 
de  aminoácidos  se  ve  favorecida  sobre  la  reacción de  hidrólisis  cuando  se  simulan 
condiciones hidrotermales. 
• Wang  et  al.,  2012,  realizaron  la  aminación  reversible  de  aminoácidos  sobre 
superficies minerales ricas en ZnS a diferentes condiciones de pH y temperatura. Sus 
resultados  sugieren  que  las  reacciones  químicas  inducidas  por  la  presencia  de  ZnS 
producen  un  equilibrio  entre  α‐aminoácidos  y  α‐oxoácidos  lo  cual  sugiere  el 
  18 
desarrollo de un modelo metabólico homeostático regulador, este estudio aporta una 
base para explicar el origen metabólico autotrófico de la vida. 
• Jiang, et al.,  (2013),  llevaron  a  cabo un  experimento donde  simularon un manantial 
hidrotermal, en el que indujeron la síntesis de aminoácidos a partir de la interacción 
de ácido succínico y amoniaco en presencia de magnetita como catalizador. 
• En  el  trabajo  de  De  Souza  et  al.,  (2013),  experimentaron  con  forsterita‐91  y  agua 
destilada, y  forsterita‐91 con agua de mar sintetizada, a pH 2 y 8. Los resultados de 
sus  análisis  sugieren  que  en  los  manantialeshidrotermales  ácidos  hay  una  alta 
producción  de  hidrocarburos  y  magnetita  debido  a  la  liberación  de  Fe  (II).  Los 
estudios de microscopía electrónica de barrido (SEM) y de rayos X, mostraron halita 
en las muestras de forsterita‐91 mezclada con agua de mar artificial. La presencia de 
halita  o  la  adsorción  de  iones  en  la  superficie  de  forsterita‐91  podría  afectar  a  la 
síntesis  de  magnetita  e  hidrocarburos  en  los  respiraderos  hidrotermales,  debido  a 
una disminución en las velocidades de disolución de forsterita‐91. 
 
  Como  puede  notarse,  hay  estudios  que  apoyan  y  sustentan  la  importancia  de  los 
ambientes hidrotermales en el desarrollo de  la química prebiótica, sin embargo, hay otros 
que  la  rechazan, por  lo que, existe un constante debate en cuanto a  la  relevancia de estos 
sitios como escenarios prebióticos. 
 
1.6. Superficies minerales y su papel en la química prebiótica 
 
En la propuesta de Bernal (1951) se argumenta que en un sistema prebióticolas moléculas 
orgánicas pudieron haberse concentrado en las superficies minerales, protegidas contra la 
radiación ultravioleta; los minerales  también pudieron inducir un rearreglo molecular que 
probablemente favoreció la polimerización de moléculas más complejas (Hashizume, 2015). 
De este modo, se ha propuesto que los minerales jugaron un papel importante en el proceso 
de evolución química.  
Bernal  (1951)  propuso  que  las  arcillas  contenidas  en  la  litósfera  pudieron  haber 
absorbido  moléculas  orgánicas,  aumentando  la  concentración  local  de  reactivos,  una 
condición  necesaria  para  formar moléculas  de  importancia  biológica.  Además,  las  arcillas 
pudieron  servir  como  sitios  de  protección  contra  los  altos  niveles  de  radiación,  también 
pudieron actuar  como agentes  catalíticos en  reacciones de polimerización. Aunado a esto, 
  19 
las  arcillas  juegan  un  rol  importante  en  reacciones  químicas  ya  que  pueden  adsorber 
moléculas  y  concentrarlas,  facilitando  las  reacciones  de  condensación  y  polimerización; 
además, tienen una superficie que puede servir para la adsorción molecular específica y de 
replicación de moléculas orgánicas (Ponnamperuma et al., 1982). 
Las superficies sólidas tienen gran relevancia en los experimentos de simulación de 
ambientes prebióticos; las más exploradas en estudios de química prebiótica son las arcillas 
(como  ya  se  mencionó),  dada  su  amplia  distribución  en  el  espacio  y  en  el  tiempo  y  su 
afinidad por la materia orgánica (Negrón et al., 2004).  
Algunos de los llamados “defectos” de los minerales permiten la adsorción de ciertas 
moléculas  orgánicas  como  el  ácido  succínico  en  la  superficie  de  la  calcita  (Miller  et  al., 
1976);  otros  minerales  como  los  filosilicatos  y  los  hidróxidos  tienen  la  capacidad  de 
absorber  y  almacenar  moléculas  orgánicas  e  interactuar  químicamente  con  ellas, 
induciendo reacciones como la reducción de nitrógeno,  la hidroformilación y  la aminación 
(Ponnamperuma et al., 1982). En el   medio prebiótico, otra característica  importante es  la 
reactividad mineral intrínseca, la cuál también pudo haber tenido influencia en la formación 
y  permanencia  de  moléculas  orgánicas  (Dartnell,  2011).  Asimismo  la  presencia  de 
impurezas en los minerales puede influir en su interacción química con el medio (Betejtin, 
1970).  Así,  un mineral  puede  producir  degradación molecular,  transferencia  de  energía  y 
otros  tipos  de  reacciones  químicas,  que  pudieron  ser  parte  importante  de  las  reacciones 
prebióticas  (Coyne,  1985).  Se  ha  demostrado  también  que  los  minerales  que  presentan 
capas  dobles  de  hidróxidos  pueden  adsorber  moléculas  como  glicolaldehído  fosfato,  y 
formaldehído, produciéndose una  separación enantiomérica  según  la  carga  superficial del 
mineral  (Hazen  y  Sverjensky,  2010).  En  este  sentido,  uno  de  los  grupos  minerales  que 
suelen  considerarse  de  los más  importantes  para  estudios  de  química  prebiótica  son  los 
silicatos, ya que están presentes en más del 90% de las rocas del manto y corteza terrestre 
(rocas  ígneas).  Los  silicatos  son  los   minerales más  abundantes,  alrededor de una  tercera 
parte de los minerales conocidos se encuentran en este grupo. La Luna y todos los planetas 
terrestres del Sistema Solar  tienen cortezas rocosas de silicatos y óxidos muy parecidos a 
los  de  la  Tierra  (Dana,  1979;  SGM,  2015).  El  olivino  es  uno  de  los  minerales  más 
importantes  de  este  grupo,  se  encuentra  ampliamente  distribuido  en  la  Tierra  desde  su 
formación, razón por la cual resulta de gran interés en estudios de evolución química. 
 
 
 
  20 
1.6.1. Olivino 
 
Uno de los minerales formadores de rocas básicas más importantes es el olivino. Este mineral 
pertenece a  la clase de  los silicatos, dentro de  la división de  los nesosilicatos (nesos ‐ isla) o 
también  llamados  ortosilicatos  (orthos  ‐ normal),  está  compuesto  por  tetraedros  de  silicio 
unidos por iones de magnesio y hierro en coordinación octaédrica. Estos minerales contienen  
iones metálicos que pueden ser sustituídos por elementos de la misma valencia, como el Fe2+ 
por Mg2+ o de radio iónico parecido. Los minerales de este grupo tienen valores relativamente 
altos  de  peso  específico,  su  hábito  cristalino  es  comúnmente  equidimensional  y  no  existen 
direcciones  pronunciadas  de  exfoliación  (Kraus  et  al.,  1951).  Por  lo  general  todos  los 
silicatos  poseen  una  elevada  dureza  (6‐8  en  la  escala  de  Mohs)  y  están  formados 
esencialmente  por  grupos  tetraédricos  (SiO4),  un  silicio  y  cuatro  oxígenos  dispuestos 
como los vértices de un tetraedro (Dana et al., 1979). 
Muchos  silicatos  constituyen  series  isomórficas,  es  decir  que  su  composición 
química varía gradualmente de un mineral a otro, de modo que el primero y el último son 
totalmente  diferentes  entre  sí.  Este  es  el  caso  del  olivino;  entre  el  término  rico  en 
magnesio  (forsterita)  (Fig.  3)  y  el  rico  en  hierro  (fayalita)  existe  toda  una  gama  de 
minerales  de  composición  intermedia.  La  forsterita  y  la  fayalita  son  minerales  muy 
comunes de las rocas ígneas de alta temperatura.  
Los  nesosilicatos  presentan  sus  grupos  tetraédricos  de  SiO4  independientes,  estos 
grupos  aislados  de  SiO4  se  encuentran  unidos  a  través  de  iones  negativos.  Cada  ión  (SiO4)‐4, 
requiere de cuatro valencias positivas para ser un ión estable, tales como el 2(Mg2+), en el caso 
de los olivinos  Mg2SiO4 (Kraus et al., 1951).  
 
    
 
Figura 3. Forsterita en un fragmento de basalto, (Moreira, 2015). 
  21 
 
Forsterita.  El  olivino  rico  en  magnesio  Mg2SiO4,  o  también  llamado  forsterita,  es 
considerado  el  principal  formador  del manto  terrestre.  Este mineral  es  un  componente 
principal de la Luna, Mercurio y meteoritas condríticas (Smyth & Hazen, 1973; Deer et al., 
1982). Este mineral (Mg2SiO4) posee dos polimorfos de muy alta presión: la ringwoodita y 
la wadsleyita.  
Fayalita.  Es  un  silicato  de  hierro  (Fe2+)2SiO4  y  es  raro  en  la  naturaleza.  De  forma  natural 
aparece en rocas volcánicas ultramáficas, plutónicas, metamórficas ricas en hierro y rocas 
con  impurezas  carbonatadas.  Este mineral  de  la  familia  de  los  olivinos  suele  encontrarse 
asociado  a  otros  minerales  como  la  augita,  el  cuarzo,  la  magnetita  y  la  espinela,  por 
mencionar  algunos.  La  fayalita  forma  dos  series  en  solución  sólida,  una  de  ellas  con  la 
forsterita, en  la que  la sustitución gradual del hierro por el magnesio origina  los distintos 
minerales de la serie; una segunda serie es la que forma con la tefroíta [(Mn2+)2SiO4], en la 
que el hierro se va sustituyendo por el manganeso.